(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノワイヤを組み込んだファイバーを形成する方法であって、
中心部分と前記中心部分を支持する支持構造とを備える一次プリフォームを形成するステップと、
ケーンを形成するために前記一次プリフォームを引き伸ばすステップと、
前記ケーンを受け入れるためにケーン受入れ部分を有する外側部分を形成するステップと、
二次プリフォームを形成するために前記ケーンを前記ケーン受入れ部分の中へ挿入するステップと、
前記中心部分がナノワイヤになるまで前記二次プリフォームを引き伸ばすステップと、
を含み、前記ファイバーが、１００〜２００ミクロンの外幅及び数百ナノメートルのコアサイズを有する方法。
【請求項２】
一次プリフォームが押出成形される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
外側部分が、ケーン受入れ部分に通じる空間を設けるように形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
空間が外側部分の楔形切取りである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ナノワイヤを露出するために、空間に露出される支持構造の少なくとも一部をエッチングで除去するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
一次プリフォームが軟質ガラスから作製される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
軟質ガラスがケイ酸鉛である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
一次プリフォームが重合体から作製される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ナノワイヤを内蔵するファイバーであって、
前記ファイバーの外側表面を画定する外側部分と、
前記外側部分の内部のナノワイヤと、
前記ナノワイヤを支持する、前記外側部分と前記ナノワイヤとの間の支持構造と、
を備え、１００〜２００ミクロンの外幅及び数百ナノメートルのコアサイズを有するファイバー。
【請求項１０】
ナノワイヤを包囲する少なくとも１つの被覆領域をさらに備える、請求項９に記載のファイバー。
【請求項１１】
支持構造が、中心部分から放射状に延びる少なくとも１本の支柱を備える、請求項９に記載のファイバー。
【請求項１２】
少なくとも１本の支柱が、支持構造の周囲を形成する壁部分で終結する、請求項１１に記載のファイバー。
【請求項１３】
支持構造が、中心部分から放射状に延びる４本の支柱を備える、請求項１１に記載のファイバー。
【請求項１４】
壁部分が正方形断面を画定する、請求項１３に記載のファイバー。
【請求項１５】
外側部分が、壁部分の一部に到達するための切欠きを備える、請求項１２に記載のファイバー。
【請求項１６】
壁部分が正方形断面の３つの辺を画定する、請求項１３に記載のファイバー。
【請求項１７】
切欠きが楔形である、請求項１５に記載のファイバー。
【請求項１８】
ナノワイヤを形成する方法であって、
支持構造によって支持された中心部分と、前記中心部分及び前記支持構造を包囲する外側部分とを備えるプリフォーム構造を形成するステップと、
前記中心部分がナノワイヤになるまで前記プリフォーム構造を引き伸ばすステップと、
を含み、前記プリフォーム構造の引伸ばしの後、前記プリフォーム構造が、１００〜２００ミクロンの外幅及び数百ナノメートルのコアサイズを有する方法。
【請求項１９】
プリフォーム構造を形成するステップが、中心部分及び支持構造を外側部分の中へ挿入するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
プリフォーム構造を形成するステップが、前記プリフォーム構造を押し出すステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
一次プリフォーム構造を引き伸ばすことによって中心部分及び支持構造を形成するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
押出成形によって一次プリフォーム構造を形成するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１８〜２２のいずれかに記載の方法によって形成されたナノワイヤ。
【請求項２４】
ナノワイヤを内蔵するファイバーを形成するためのプリフォームであって、
支持構造によって支持された中心部分と、
前記中心部分及び前記支持構造を包囲する外側部分と、
を備え、前記プリフォームの引伸ばしから形成された前記ファイバーが、使用時に１００〜２００ミクロンの外幅及び数百ナノメートルのコアサイズを有するプリフォーム。
【請求項２５】
支持構造が、中心部分から放射状に延びる少なくとも１本の支柱を備える、請求項２４に記載のプリフォーム。
【請求項２６】
少なくとも１本の支柱が、支持構造の周囲を形成する壁部分で終結する、請求項２５に記載のプリフォーム。
【請求項２７】
支持構造が、中心部分から放射状に延びる４本の支柱を備える、請求項２５に記載のプリフォーム。
【請求項２８】
壁部分が正方形断面を画定する、請求項２７に記載のプリフォーム。
【請求項２９】
外側部分が、壁部分の一部に到達するための切欠きを備える、請求項２６に記載のプリフォーム。
【請求項３０】
切欠きが楔形である、請求項２９に記載のプリフォーム。
【請求項３１】
４本の支柱が、壁部分のそれぞれの角部内で終結する、請求項２７に記載のプリフォーム。
【請求項３２】
請求項１〜８のいずれかに記載の方法によって形成された、ナノワイヤを組み込んだファイバー。
【請求項３３】
少なくとも１つの被覆領域の内部に存在する環境の少なくとも１つのパラメータを感知するために、請求項１０〜１７のいずれかに記載のファイバーを備えるセンサ。
【請求項３４】
複数のナノワイヤを組み込んだファイバーを形成する方法であって、
複数の中心部分と前記複数の中心部分を支持するための支持構造とを備える一次プリフォームを形成するステップと、
ケーンを形成するために前記一次プリフォームを引き伸ばすステップと、
前記ケーンを受け入れるためにケーン受入れ部分を有する外側部分を形成するステップと、
二次プリフォームを形成するために前記ケーンを前記ケーン受入れ部分の中へ挿入するステップと、
前記複数の中心部分がナノワイヤになるまで前記二次プリフォームを引き伸ばすステップと、
を含み、前記ファイバーが、１００〜２００ミクロンの外幅及び数百ナノメートルのコアサイズを有する方法。
【請求項３５】
一次プリフォームが押出成形される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
外側部分が、ケーン受入れ部分に通じる空間を設けるように形成される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
空間が外側部分の楔形切取りである、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
ナノワイヤの少なくとも１本を露出するために、空間に露出される支持構造の少なくとも一部をエッチングで除去するステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
一次プリフォームが軟質ガラスから作製される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
軟質ガラスがケイ酸鉛である、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
一次プリフォームが重合体から作製される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４２】
請求項３４〜４１に記載のいずれかの方法によって作製された、複数のナノワイヤを内蔵するファイバー。
【請求項４３】
ナノワイヤの数が２である、請求項４２に記載のファイバー。
【請求項４４】
ナノワイヤの数が３である、請求項４２に記載のファイバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノメートル台の直径を有するワイヤの製造に関する。
【０００２】
優先権
本出願は、以下の豪州特許仮出願の優先権を主張するものである。
２００５年１０月１２日出願の"Fabrication of Nanowires"と題された第２００５９０５６１９号、及び
２００５年１０月１２日出願の"Method and Device for Forming Microstructured Fibre"と題された第２００５９０５６２０号。
【０００３】
これらの出願の内容全体は、ここで参照により組み込まれる。
【０００４】
参照による組込み
"Nonlinearity enhancement of filled microstructured fibres operating in the nanowire regime", K.J. Rowland, Shahraam Afshar V, T.M. Monroe; Optical Fiber Communication Conference (OFC'2006), Anaheim 5-10 Mar 2006, Paper OThH4, 2006.
【０００５】
この刊行物の内容全体が、ここで参照により組み込まれる。
【背景技術】
【０００６】
ナノワイヤとは、数百ナノメートル以下の直径を有するワイヤである。ナノワイヤは、その環境に極めて敏感であり、したがって、夥しい数の感知用途に適している。そのファイバーの幾何学形状は、極めて長い光路長を設けて、微量な試料の使用を可能にする。
【０００７】
ナノワイヤは光の変化を検出することによって作用し、それによってナノワイヤは光の「レール」として機能するが、それは光の殆どが、空気又は流体が充満する穴を含む周囲被覆の中に位置しており、したがって光は、これらの穴の中で任意の物質（気体、液体、粒子等）と相互作用できるからである。物質との相互作用による光のモードフィールドの特性の変化が、ナノワイヤに沿って伝搬されることになり、ナノワイヤ装置の出力端で検出することが可能である。
【０００８】
ナノワイヤでは、環境中の光の強度割合が、より大きな直径のワイヤよりも遙かに大きいので、より大きな直径のワイヤに比べて高い感度を有する。ナノワイヤを包囲する流体中の光のより大きな強度割合は、光と流体とのより大きな重なりをもたらし、ナノワイヤの高い感度をもたらす。
【０００９】
しかし、ナノワイヤは製造することが難しい。研究室におけるナノワイヤの製造は、特に、直径が実質的にワイヤの長さにわたって変動せず、側壁の粗さが最低限に維持されているワイヤを製作することが望ましいので、相当な技術が要求される過程である。直径の変動、側壁の粗さ、及び汚染は、ワイヤを損失の少ない光導波として不適切なものにする恐れがある。
【００１０】
広範囲にわたる商業的用途を有するために、ナノワイヤは実用に十分な長さであることが望ましい。例えば、ワイヤは、メートル台の寸法を有する構造の中へ埋め込まれたセンサとして必要とされうる。しかし、ナノワイヤの製造に関する知られた技法では、非常に短いワイヤ部分が得られるだけであり、それは科学的に興味深いが、商業的な実用可能性が限定されている。
【００１１】
ナノワイヤを形成する１つの公知の技法は、２段階の引抜き過程を含む。第１の段階は、シリカファイバーをマイクロメートル径のワイヤに引き伸ばすために火炎の使用を伴う。次に、引き抜かれたワイヤの一端がテーパ付きチップ（通常はサファイヤファイバーのテーパ）の上に水平に置かれ、シリカのナノワイヤを巻くために、チップがその軸を中心にして回転される。この技法を使用すると、５０ｎｍよりも小さい直径を有するナノワイヤが得られるが、製作されたワイヤの長さは、数十ミリメートル台の長さに過ぎない。より長いナノワイヤに予想される問題は、それらがその環境に極めて高感度である一方で、それらは脆弱であり、且つ取扱い時に汚染を受けやすい。ナノワイヤを支持する１つの様態は、ワイヤをエーロゲルのような多孔性物質の中に包み込むことである。これはワイヤの取扱いを可能にするが、その欠点は、この配置にもはや柔軟性がなく、それによって商業的な用途ばかりでなく、センサとして作動する能力も限定されることである。
【００１２】
しかし、支持構造の内部に完全に封入されているナノワイヤは、コアが表面壁に十分に近接できないので、点検出を行う能力を喪失する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上記で論じられた問題の少なくとも１つに対処することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の１つの態様によれば、ナノワイヤを組み込んだファイバーを形成する方法が提供され、本方法は、
中心部分と中心部分を支持する支持構造とを備える一次プリフォームを形成するステップと、
ケーンを形成するために一次プリフォームを引き伸ばすステップと、
ケーンを受け入れるためにケーン受入れ部分を有する外側部分を形成するステップと、
二次プリフォームを形成するためにケーンをケーン受入れ部分の中へ挿入するステップと、
中心部分がナノワイヤになるまで二次プリフォームを引き伸ばすステップと、
を含む。
【００１５】
１つの形態では、一次プリフォームは押出しによって形成される。
【００１６】
１つの態様では、外側部分は、ケーン受入れ部分に通じる空間を設けるように形成される。
【００１７】
１つの形態では、この空間は外側部分の中の楔形切取りである。
【００１８】
別の形態では、本方法は、ナノワイヤを露出するために、この空間に露出される支持構造の少なくとも一部をエッチングで除去するステップをさらに含む。
【００１９】
１つの形態では、一次プリフォームは軟質ガラスから作製される。
【００２０】
この１つの態様では、軟質ガラスはケイ酸鉛である。
【００２１】
別の形態では、一次プリフォームは重合体から作製される。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、ナノワイヤを内蔵するファイバーが提供され、このファイバーは、
ファイバーの外側表面を画定する外側部分と、
外側部分の内部のナノワイヤと、
ナノワイヤを支持する、外側部分とナノワイヤとの間の支持構造と、
を備える。
【００２３】
１つの形態では、ファイバーは、ナノワイヤを包囲する少なくとも１つの被覆領域をさらに備える。
【００２４】
１つの形態では、支持構造は、中心部分から放射状に延びる少なくとも１本の支柱を備える。
【００２５】
１つの態様では、この少なくとも１本の支柱は、支持構造の周囲を形成する壁部分で終結する。
【００２６】
別の態様では、支持構造は、中心部分から放射状に延びる４本の支柱を備える。
【００２７】
１つの形態では、壁部分は断面が正方形である。
【００２８】
１つの態様では、外側部分は、壁部分の一部に到達するための切欠きを備える。
【００２９】
別の態様では、壁部分は正方形断面の３つの辺を画定する。
【００３０】
１つの形態では、切欠きは楔形である。
【００３１】
本発明の別の態様によれば、ナノワイヤを形成する方法が提供され、本方法は、
支持構造によって支持された中心部分と、中心部分及び支持構造を包囲する外側部分とを備えるプリフォーム構造を形成するステップと、
中心部分がナノワイヤになるまでプリフォーム構造を引き伸ばすステップと、
を含む。
【００３２】
１つの形態では、プリフォーム構造を形成するステップは、中心部分及び支持構造を外側部分の中へ挿入するステップを含む。
【００３３】
別の形態では、プリフォーム構造を形成するステップは、プリフォーム構造を押し出すステップを含む。
【００３４】
１つの態様では、本方法は、一次プリフォーム構造を引き伸ばすことによって中心部分及び支持構造を形成するステップをさらに含む。
【００３５】
別の態様では、本方法は、押出しによって一次プリフォーム構造を形成するステップをさらに含む。
【００３６】
本発明の別の態様によれば、前出の方法のいずれか１つの方法に従って形成されたナノワイヤが提供される。
【００３７】
本発明の別の態様によれば、ナノワイヤを内蔵するファイバーを形成するためのプリフォームが提供され、このプリフォームは、
支持構造によって支持された中心部分と、
中心部分及び支持構造を包囲する外側部分と、
を備える。
【００３８】
１つの形態では、支持構造は、中心部分から放射状に延びる少なくとも１本の支柱を備える。
【００３９】
１つの形態では、この少なくとも１本の支柱は、支持構造の周囲を形成する壁部分で終結する。
【００４０】
別の形態では、支持構造は、中心部分から放射状に延びる４本の支柱を備える。
【００４１】
１つの形態では、壁部分は断面が正方形である。
【００４２】
１つの形態では、外側部分は、壁部分の一部に到達するための切欠きを備える。
【００４３】
１つの形態では、切欠きは楔形である。
【００４４】
別の形態では、４本の支柱は、壁部分のそれぞれの角部内で終結する。
【００４５】
本発明の別の態様によれば、ナノワイヤを形成する方法が提供され、本方法は、支持構造によって支持された中心部分を有するケーンを、中心部分がナノワイヤになるまで引き伸ばすステップを含む。
【００４６】
本発明の別の態様によれば、ナノワイヤの非線形性を増大させる方法が提供され、本方法は、ナノワイヤを非線形流体で包囲するステップを含む。
【００４７】
１つの形態では、ナノワイヤは、ナノワイヤと流体連通する少なくとも１つのチャンネルを画定する支持構造及び外側部分によって包囲され、ナノワイヤを非線形流体で包囲するステップは、非線形流体を少なくとも１つのチャンネルの中へ導入するステップを含む。
【００４８】
１つの形態では、非線形流体は二硫化炭素である。
【００４９】
本発明の他の態様によれば、前出の方法のいずれか１つに従う方法によって形成された、ナノワイヤを組み込んだファイバーが提供される。
【００５０】
本発明の他の態様によれば、少なくとも１つの被覆領域の内部に存在する環境の少なくとも１つのパラメータを感知するために、本発明の前出の態様のいずれか１つに従うファイバーを備えるセンサが提供される。
【００５１】
本発明の他の態様によれば、複数のナノワイヤを組み込んだファイバーを形成する方法が提供され、本方法は、
複数の中心部分と複数の中心部分を支持するための支持構造とを備える一次プリフォームを形成するステップと、
ケーンを形成するために一次プリフォームを引き伸ばすステップと、
ケーンを受け入れるためにケーン受入れ部分を有する外側部分を形成するステップと、
二次プリフォームを形成するためにケーンをケーン受入れ部分の中へ挿入するステップと、
複数の中心部分がナノワイヤになるまで二次プリフォームを引き伸ばすステップと、
を含む。
【００５２】
１つの形態では、一次プリフォームが押出しによって形成される。
【００５３】
１つの形態では、外側部分は、ケーン受入れ部分に通じる空間を設けるように形成される。
【００５４】
１つの形態では、空間は外側部分の中の楔形切取りである。
【００５５】
１つの形態では、本発明は、ナノワイヤの少なくとも１本を露出するために、空間に露出される支持構造の少なくとも一部をエッチングで除去するステップをさらに含む。
【００５６】
１つの形態では、一次プリフォームは軟質ガラスから作製される。
【００５７】
１つの態様では、軟質ガラスはケイ酸鉛である。
【００５８】
別の形態では、一次プリフォームは重合体から作製される。
【００５９】
本発明の別の態様によれば、複数のナノワイヤを内蔵するファイバーが提供され、このファイバーは、本発明の前出の態様の方法によって作製される。
【００６０】
１つの形態では、ナノワイヤの数は２である。
【００６１】
別の態様では、ナノワイヤの数は３である。
【００６２】
本発明の他の態様によれば、長さが１０ｍｍよりも大きいナノワイヤが提供される。
【００６３】
１つの形態では、ナノワイヤは長さが約１ｋｍである。
【００６４】
別の形態では、ナノワイヤは長さが約１０ｋｍである。
【００６５】
本明細書の全体を通じて、文脈が別途に要求しない限り、「備える（comprise）」及び「含む（include）」、並びに「備えている（comprising）」及び「含んでいる（including）」というような言葉は、明記された完全体又は完全体の集まりを包含することを含意するが、他の任意の完全体又は完全体の集まりの除外を含意するものではないことが理解されよう。
【００６６】
本明細書で従来技術に言及することがあっても、このような従来技術がいずれも共通の一般的な知見の一部を形成するという認識又は何らかの形態の示唆として受け取られるものではなく、且つ受け取られるべきではない。
【００６７】
ここで、添付図を参照し且つそれらにおいて例示されたように、発明の特定の実施形態が、さらに詳細に説明される。本実施形態は例示的であり、本発明の範囲を限定しようとするものではない。他の実施形態の示唆及び説明は本発明の範囲内に含まれうるものであるが、それらは添付図に例示されていない場合もありうるし、又は別様に、本発明の特徴構造が図示されているが、本明細書には説明されていない場合もありうる。
【００６８】
本発明の実施形態が、添付の図面に例示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
本発明の１つの態様によれば、最初に、必要とされる構造を内部に備える一次プリフォームが形成される。図１Ａは、中心部分１６を包囲する壁１２及び支柱１４を有する支持構造を備える一次プリフォーム１０の断面図である。「中心部分」という用語は、幾何学的又は数学的な中心を示唆しようとするものではなく、支持構造によって支持された領域又は要素を指すものであり、中心からずれていてもよく、実際に幾つかの他の「中心部分」の１つであってもよいことが理解されよう。支持構造及び中心部分は又、一次プリフォーム１０の長手軸に沿って延びる被覆又は空気チャンネル１８も画定しうる。これらの目的は、下でさらに詳細に説明される。被覆領域が設けられることは必須ではないことが理解されよう。
【００７０】
１つの形態では、一次プリフォーム１０が、適切に設計された金型に通して適切な材料のビレットを押し出すことによって形成される。一次プリフォームを形成するのに適切な材料には、重合体と、フッ化物、重金属酸化物、カルコゲニド、及び他のガラス類のような軟質ガラスとが含まれる。１つの特定の実施形態では、その材料は、５２０℃の温度及び０．２ｍｍ／分の固定ラム速度で金型に通して送られたケイ酸鉛のような軟質ガラスである。
【００７１】
本発明の他の形態では、一次プリフォーム１０が、成型、鋳造、穿孔、積重ね、又は手による組立さえも含む他の方法によって形成されうる。
【００７２】
図１Ａの一次プリフォームの幅は約２５ｍｍであるが、この幅は、約５ｍｍ〜５０ｍｍ（網羅するものではない）又はそれ以上にわたる寸法を含む任意適切な寸法でよく、１０ｍｍ〜２０ｍｍ、１５ｍｍ〜２５ｍｍ、２０ｍｍ〜３０ｍｍ、２５ｍｍ〜４０ｍｍ、３０ｍｍ〜５０ｍｍ又はそれ以上でよく、押出しによって形成されるときは、プリフォームが押し出される金型の寸法に応じることになる。同様に中心部分１６の直径も所望に応じて様々でありうるが、１つの実施例では約２ｍｍである。
【００７３】
適切な金型及び押出し方法が、２００５年１０月１２日出願の豪州特許仮出願第２００５９０５６２０号の優先権を主張する"Method and device for forming micro-structured fibre"と題され、その内容全体がここで参照により組み込まれる同時係属の出願に詳述されている。
【００７４】
実用可能である任意の支柱の数が一次プリフォーム１０の内部に配置されうることが理解されよう。例えば、４本ではなく、３本の支柱が使用されうる。実際に、支柱の数は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０本又はそれ以上でありうる。さらには、一次プリフォームは正方形状の断面を有する必要はなく、それに代わる任意所望の形状でありうる。例えば、断面が、円形、三角形、長方形、５角形、６角形、７角形、８角形等でよく、又は不規則な形状でもよい。支柱が図１Ａに例示されたものとは異なる形状であってもよく、例えば、支柱が湾曲していてもよく、それによって実質的に半円形断面を備える被覆又は空気チャンネルを画定する。図１Ｂは、そのような構造の１つの実施例である。他の任意の形状も使用可能であり、楔形状を含むか又は不規則な辺を有する。これらの任意の組合せも使用可能であり、実際に個々の支柱の各々が同じ形状である必要はない。
【００７５】
図１Ｃは、図１Ａに示されたプリフォームの３次元構造を示す一次プリフォーム１０の斜視図である。
【００７６】
一次プリフォーム１０は、一旦形成されると、図２に示されたケーン２０を形成するために、引抜きタワーの中で一定の割合で縮小される。引抜き動作及び引抜きタワーの使用は、ファイバーを形成するために当分野でよく知られており、これに関する詳細は、本明細書で説明される必要がない。この特定の実施例では、プリフォームを引抜きタワー炉の高温域の中へ移動させるための送り速度が、毎分数ミリメートル台、例えば、０．５〜３／分であり、他方では、材料がどれだけ速く高温域から引き出されるかに関連する引抜き速度は、毎分数百又は数千ミリメートル台、例えば、１０〜２０ｍ／分である。上で挙げられたプリフォームの寸法数値の実施例では、これが、約７７ミクロンのコア径を備える約１ｍｍのケーン幅を与える。図２は、ある一定の長さ（尺度に合わせて描かれてはいない）のケーン２０の一部を示す。このケーンは、（ケーン形成過程時の構造の縮小に起因する形状及び寸法のばらつきが存在しうるけれども）一次プリフォームと実質的に同じ空間配置を有することが理解されよう。
【００７７】
先に説明されたように、一次プリフォーム１０が２つの（又はそれ以上の）中心部分１６ａ及び１６ｂを有していてもよい（例えば、各々の中心部分が一次プリフォーム１０の幾何学的中心からずれているが、別個の支柱構造の中心を形成する）。図３Ａ〜３Ｄは、複数の中心部分を有する一次プリフォームの断面を示す。図３Ａでは、支柱１４は、２つの中心部分１６ａ及び１６ｂが接合されるように配置される。図３Ｂでは、支柱は、２つの中心部分１６ａ及び１６ｂが相互に接合されていないように配置される。適切な金型又は他の技法によって、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれ以上の、適切な幾何学形状で配置された中心部分を有する一次プリフォームが製作されることも可能である。
【００７８】
図３Ｃは、３つの中心部分１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃを有する一次プリフォーム１０の断面を示す。この実施例では、一次プリフォーム１０は三角形の周囲を有するが、他の任意適切な形状も可能であることに留意されたい。図３Ｄでは、一次プリフォーム１０は４つの中心部分１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、及び１６ｄを有する。このプリフォームは半円形の周囲を有する。
【００７９】
２つ以上の中心部分を有する利点は、マルチ中心部分がマルチナノワイヤの形成を可能とすることである（下でさらに詳細に説明される）。その場合に、各々のナノワイヤは、別個のセンサとしても又は結合センサとしても使用可能であり、所望であれば、各々のナノワイヤセンサが異なるスペクトル特徴を有しうる。別法として、一方のナノワイヤが一方向における光のためのレールの役目を果たしてもよく、他方のナノワイヤが、この光のための戻りレールとしての役目を果たしてもよい。
【００８０】
図４Ａは、一次プリフォームの押出しに関する場合と同様の温度及び速度を使用して、適切に設計された金型に通して押し出すことによっても形成されうるケーン外被又は外側部分２２の断面図である。当然のことであるが、他の任意の方法、例えば、鋳造、穿孔、又は成型が使用されてもよい。外被は、一次プリフォームに関して上記で説明されたものと同じ材料又は適切であれば異なる材料から形成可能である。
【００８１】
ケーン外被２２は、このケーン外被の長手軸に沿って延びる長手チャンネルを形成するケーン受入れ部分２４を有する。この長手チャンネルが、図４Ａのケーン外被２２の斜視図である図４Ｂにおいてより明確に示されている。
【００８２】
ケーン受入れ部分２４は空間の内部に配置されるが、その空間は、１つの実施形態では楔形の切取り２６である。この楔形の切取りは、ケーン２０が手で外被の中に挿入されることを可能にし、それによってプリフォーム組立体、即ち、図５に示された二次プリフォーム２８を形成する。図５は、ケーン外被２２の内部に配置されたケーン２０を示すプリフォーム組立体２８の斜視図である。別法として、ケーン２０は、ケーン受入れ部分の中へ一端から滑入されてもよい。
【００８３】
プリフォーム組立体２８と同様の構造が、上で説明されたように、引き続いて接合される２つの別個に作製された部分から形成されるのではなく、１つの一体プリフォームとして製作されていてもよい。しかし、ケーン２０の寸法が相対的に小さければ（即ち、ケーンの幅が１ｍｍであれば）、ケーンをマクロ的な一次プリフォームから引き伸ばすことが好ましいが、これは寸法がケーンの長さに沿って一定のままであることを保証するからである。しかし、一体ケーン及びケーン外被を設ける複雑な構造は、例えば、"Method and Device for Forming Microstructured Fibre"と題され、先に組み込まれた参照文献に説明されたような金型を使用して押出しによって得ることができる。
【００８４】
上で概説されたように、一次プリフォーム１０は正方形断面以外の断面を有していてもよい。この場合には、外被２２のケーン受入れ部分２４は、ケーン２０を受入れ部分の中へぴったり嵌めるように、対応する形状である。例えば、ケーン２０が円形断面であれば、外被２２のケーン受入れ部分は半円形として形作られうる。ケーン２０が三角形であれば、ケーン受入れ部分も三角形として形作られうる。
【００８５】
１つの実施形態では、ケーン外被が約２３ｍｍの外径を有し、ケーン受入れ部分が約１．３ｍｍの内部縁間の長さを有する。この場合も、当業者には理解されるように、他の任意適切な寸法が可能である。
【００８６】
プリフォーム組立体又は二次プリフォーム２８は、一旦組み立てられると、コア３１（図６）を有するファイバー３０を創出するために、引抜きタワーの中で引き抜かれる。毎分数ミリメートル（例えば、０．５〜３ｍｍ／分）のプリフォーム送りと、毎分数十メートル（例えば、１０〜２０ｍ／分）の引抜き速度との組合せは、１００〜２００ミクロンの外幅及び数百ナノメートルのコアサイズを有するファイバーにプリフォーム組立体を縮小可能にする。プリフォーム組立体に関連して上に挙げた寸法の実施例では、これは、約１５０ミクロンの外径及び約０．５ミクロンのコア径を有する引抜きファイバーとなる。この実施例で製作されたファイバー及びナノワイヤの長さは、約１ｋｍである。
【００８７】
本発明の様々な態様に従って製作されたナノワイヤは、現時点で実現可能なものよりも遙かに大きな長さを実現することができる。一体成形で製作されたナノワイヤの長さは、数十ミリメートルから数百キロメートルの長さにわたりうる。例えば、ナノワイヤは、５ｍｍ〜１０ｍｍ、１ｃｍ〜５ｃｍ、５ｃｍ〜１０ｃｍ、１０ｃｍ〜２０ｃｍ、２０ｃｍ〜５０ｃｍ、１５ｃｍ〜７５ｃｍ、５０ｃｍ〜１００ｃｍ、１００ｃｍ〜２５０ｃｍ、２００ｃｍ〜５００ｃｍ、５００ｃｍ〜１０００ｃｍ、１ｋｍ〜１．５ｋｍ、２ｋｍ〜５ｋｍ、５ｋｍ〜１０ｋｍ、１０ｋｍ〜５０ｋｍ、５０ｋｍ〜１００ｋｍ、１００ｋｍ〜２００ｋｍでありうる。
【００８８】
ファイバー３０はプリフォーム組立体２８と実質的に同じ空間配置を有するが、断面寸法は実質的に縮小されることが理解されるべきである。最も重要なことであるが、一次プリフォーム１０の中心部分１６は、今やナノメートル台の幅を有し、それによってナノワイヤ３２となる。
【００８９】
ナノワイヤ３２は、ワイヤ周囲に被覆又は空気チャンネル１８を画定する支持構造又は壁１２によって支持される。使用に際して、誘導された光の実質的な部分が、ナノワイヤ３２を包囲する空気チャンネル１８の中に位置することになり、ナノワイヤは、この光のパイプというよりもレールとして働く。支持構造１２は、ナノワイヤ３２が従来的なファイバーとして取り扱われることを可能にする外被２２によってさらに支持される。外被によってナノワイヤに設けられた構造的完全性は、過去において製造されたナノワイヤに関する難題となっていた脆弱性及び汚染の問題がある程度まで排除されることを意味する。
【００９０】
図６に、周囲の空気に露出されている支持構造又は壁１２の一部が明確に見えており、壁３４として符号が付けられている。壁３４は、ナノワイヤ３２の一部を周囲の雰囲気に露出するために、重合体の場合には有機溶剤（例えば、アセトン）を使用するか、又は軟質ガラスの場合には無機酸（例えば、硝酸、硫酸、又はフッ化水素酸）を使用してエッチングで除去されうる。ファイバーの連続的な長さをエッチングすると、ファイバーの長さに沿って（一端が最終的に光源に接続され、他端が最終的に検出器に接続される両端から離れて）環境感度が備わることになる。別法として、壁３４の一部が、ファイバー３０のコア３１に局部的に到達することを可能にするために、所望に応じて選択的にエッチングされうる。
【００９１】
楔形切取り２６は、ファイバー３０のコア３１に部分的に到達することを許容する任意の形状を有していてもよい。例えば、外被２２の切取り部分は、相互に実質的に平行である側面を有する溝でありうる。
【００９２】
露出されたコアファイバーは、支持体のためにその感度を損なわざるをえない支持されたナノワイヤを有するという問題に対処する。この配置では、コアが可能な限り表面に近接しているので、感度を損なうことはなく、ナノワイヤは支持され且つ高感度である。
【００９３】
支柱１４は、一旦、支持構造１２の一部がエッチングで除去されると、ファイバー３０のコア３１全体が露出されるわけではなく、例えば、１つの空気チャンネル１８（例えば、図１Ａ）が周囲の空気に露出されるように配置されうることが理解されるべきである。残りの空気チャンネルは封止された状態に留まり、それはコアの汚染を低減する。図７Ａは、この配置を示すが、その図では、壁３４がエッチングで除去されるか又は別様に除去されており、チャンネル１８を、したがってナノワイヤ３２を一部が環境に露出された様態に残す。これは、他の３つのチャンネル１８を環境に対して封止された状態に残す。
【００９４】
当然のことであるが、壁３４ばかりでなく、壁３４の端部の２本の支柱も全部又は一部がエッチングされ、よって感知されるべき流体が、３つの空気チャンネルに到達するような様態でエッチングを実行できることも理解されよう。この場合には、コアは、図７Ｂに示されたように、２本の支柱のみによって支持されうる。この配置では、１つのチャンネル１８が環境から隔離された状態に留まる。
【００９５】
ケーン２０は、外被２２に組み込まれると、エッチングを必要とすることなくナノワイヤが露出されるように、１つ又は複数の壁が欠損した状態で製作されていてもよい。しかし、一旦ファイバーが形成されてから壁をエッチングすると、（上で説明されたように）ファイバーの使用前にナノワイヤが周囲環境に露出されることを低減し、それによって汚染を低減する。
【００９６】
必須ではないが、異なる流体の導入及び隔離を可能にする１つ又は複数の「封止された」チャンネルを有することが有用でありうる。これは、２つの異なる環境間における差異的な検出を可能にするために使用可能であり、即ち、実際には内部参照を行うための基準流体を収容するためにチャンネルの１つを使用することができる。
【００９７】
実用では、チャンネルの中へ導入された物質（気体、液体、粒子等）を使用して、本発明の様々な態様に従う構造によって形成されたセンサの非線形性を高めることができる。特に、二硫化炭素（ＣＳ２）のような非線形流体をチャンネルの中へ導入すると、本発明によって提供されたような軟質ガラスのナノワイヤ及びナノワイヤコアを備える微細構造ファイバーの有効非線形係数を大幅に向上させることが判明した。
【００９８】
この用途は、"Nonlinearity of filled microstructured fibres operating in the nanowire regime" K. J. Rowland, Shahraam Afshar V, T.M. Monroe; Optical Fiber Communication Conference (OFC'2006), Anaheim 5-10 Mar 2006, Paper OThH4, 2006と題され、これらの内容全体がここで参照により本明細書に組み込まれる論文にさらに詳細に記載されている。
【００９９】
他の用途では、チャンネルの内部で１つ又は複数の物質を励起し、これらにナノワイヤ自体の中へエネルギーを放出させる（又は蛍光を発する）ことによって有用な情報が入手可能であり、次いでそのエネルギーは、ナノワイヤ／ファイバー構造の端部で検出され、且つ分析されうる。
【０１００】
ナノワイヤとして働くように中心部分が所望の寸法になるまで、図２に示されたケーン構造を単に引き伸ばすことによってナノワイヤを製作することも本発明の範囲内である。実際に、プリフォームを直接引き伸ばすことによってナノワイヤを形成することは、本発明の態様の範囲内である。
【０１０１】
完全に露出されたナノワイヤを形成することも本発明の範囲内である。これは、本発明の様々な態様に従って封入されたナノワイヤを形成し、内部のナノワイヤを露出された状態に残すために、外側部分又は外被、及び支持構造をエッチングで除去するか又は別様に溶解することを含む幾つかの様態で実施可能である。この場合には、中心部分は、ナノワイヤの周囲の物質が選択的に除去されることを促進するために、支持構造及び外側部分とは異なる材料によって構成されうる。別法として、支持構造は、外側部分とナノワイヤとが分離されうるように完全にエッチングで除去されてもよい。
【０１０２】
当然のことであるが、上で説明されたように、外側部分（又はケーン外被）を使用することなく、ナノワイヤが単にケーンを引き伸ばすことだけによって形成される場合には、完全に露出されたナノワイヤを残すために支持構造を溶解するだけで済むことになる。
【０１０３】
図８は、上で説明された１つの方法に従う様々なステップを示す流れ図である。ステップ１００では、図１Ａ及び１Ｃに示された一次プリフォームが、押出しのような任意適切な手段によって形成される。ステップ１０２では、この一次プリフォームが、図２に示されたようなケーンを形成するために引き抜かれる。ステップ１０２では、ケーンは、プリフォーム組立体を形成するために、図５に示されたようなケーン外被の中へ挿入される。ステップ１０３では、次ぎにプリフォーム組立体は、それが所望の寸法を実現し終えるまで、特に、１つ又は複数の中心部分が、上で説明され且つ図６に示されたナノワイヤの寸法を実現し終えるまで引き抜かれる。
【０１０４】
得られる物品は、その内部に収められているファイバー、即ち、ナノワイヤである。次いで、随意選択的なステップがステップ１０４（破線）として示されているが、そのステップでは、ファイバーの少なくとも一部が、感知のような用途で使用するためにナノワイヤの一部を露出するように、エッチングで除去されるか又は別様に除去される。当然のことであるが、例えば、光通信のような幾つかの用途では、ナノワイヤをファイバーの中に完全に封入された状態に残すことが所望されてもよく、したがってエッチング又は除去は行われないことが理解されよう。他の用途では必要に応じて、ナノワイヤを完全に露出された状態に残すためにファイバーを完全に除去していてもよい。
【０１０５】
図９は、ナノワイヤを内蔵するファイバーを形成する別の方法を示す。この方法では、ステップ２１０で、図１に示された一次プリフォームが任意適切な手段によって形成され、ステップ２０１で、この一次プリフォームが引き抜かれ、１つ又は複数の部分がナノワイヤの寸法を獲得するまでのように、所望の寸法が実現されるまで引き抜かれ続ける。
【０１０６】
特定の当事者が本発明の１つ又は複数の態様を異なる段階で実行しうることも理解されよう。例えば、ある当事者が一次プリフォームを形成することが可能であり、この当事者から、別の当事者が、予め成形された一次プリフォームを入手し、それをケーンに又は直接的にナノワイヤを内蔵するファイバーに抜き出すことが可能であり、別の当事者がこのケーンを入手して、これを、ナノワイヤを内蔵するファイバーに抜き出すことが可能であり、次いで他の当事者が、企図された用途に応じて、ナノワイヤを内蔵するファイバーを所望に応じてエッチングすることが可能である。
【０１０７】
本出願はこれらの方法の全ての組合せを網羅することを企図するものである。
【０１０８】
本発明の様々な態様に従って製造されたナノワイヤ及びファイバーは、限定されるものではないが、科学的、医学的、軍事的／防衛的、及び商業的用途で使用するためのセンサ；コンピュータ、個人用携帯型情報端末（ＰＤＡ、Personal Digital Assistant）、携帯電話のような電子製品用の表示器；カメラ及びカメラ電話用の画像表示器及びセンサ；光データ格納；光通信；光データ処理；交通信号灯；エングレービング；並びにレーザ用途を含めて、数多くの用途を有する。
【０１０９】
本発明は、その利用が、説明された特定の用途に限定されるものではないことが当業者には理解されよう。本発明は、本明細書に説明又は図示された特定の要素及び／又は特徴構造に関して、その好ましい実施形態に限定されるものでもない。本発明の原理から逸脱することなく、様々な変更が実施されうることが理解されよう。したがって、本発明は、このような全ての変更を包含するものと理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１Ａ】本発明で使用するための一次プリフォームの断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの一次プリフォームの別法による形態の断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの一次プリフォームの斜視図である。
【図２】図１Ａの一次プリフォームから得られるケーンの斜視図である。
【図３Ａ】２つの中心部分を示す、図１Ａの一次プリフォームの別法による構造の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂの一次プリフォームの別法による構造の断面図である。
【図３Ｃ】３つの中心部分を有する、一次プリフォームの別法による構造の断面図である。
【図３Ｄ】４つの中心部分を有する、一次プリフォームの別法による構造の断面図である。
【図４Ａ】本発明で使用するための外側部分又はケーン外被の断面図である。
【図４Ｂ】図２Ａの外側部分又はケーン外被の斜視図である。
【図５】本発明で使用するための二次プリフォームの斜視図である。
【図６】本発明の態様に従う、ナノワイヤを内蔵する完成されたファイバーを示す様々な拡大図である。
【図７Ａ】壁部分がエッチングで除去された、図６の完成されたファイバーを示す図である。
【図７Ｂ】２本の支柱もエッチングで除去された、図７Ａの完成されたファイバーを示す図である。
【図８】本発明の態様に従ってナノワイヤを形成する１つの方法を示す流れ図である。
【図９】本発明の別の態様に従ってナノワイヤを形成する別の方法を示す流れ図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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